未來(lái)20年內，在全球范圍內規劃建設的最大機場(chǎng)中，有阿聯(lián)酋的迪拜世界中心國際機場(chǎng)，土耳其的伊斯坦布爾第三國際機場(chǎng)和中國的北京新機場(chǎng)。北京新機場(chǎng)，需要告訴世界，如何用“中國智慧”，實(shí)現“引領(lǐng)世界機場(chǎng)建設，打造全球空港標桿”的目標。從國內視角看，北京新機場(chǎng)，是一座集眾多特殊性于一身的機場(chǎng)。

圖1 北京新機場(chǎng)效果圖

1 項目簡(jiǎn)介

為給旅客提供潔凈、明亮與舒適的乘機環(huán)境，機場(chǎng)長(cháng)時(shí)間營(yíng)運所消耗的能源是相當驚人的。據歐盟調查研究發(fā)現，一座民用機場(chǎng)的耗能可與一座小型城鎮相較，其中更有部分能源因管控不當而白白浪費。因此，近年來(lái)全球各地不少響應節能環(huán)保的機場(chǎng)已開(kāi)始導入自動(dòng)化系統以取代傳統由人員巡檢的管理模式，更有甚者則引進(jìn)了智能化系統，通過(guò)系統自動(dòng)控制避免不必要的浪費、提升監控效率，更降低整體能源使用量以達到節約能源的目標。

一套具聯(lián)動(dòng)控制功能的智能化機場(chǎng)能源與設備綜合運維平臺包含許多互相關(guān)聯(lián)的子系統與大量、多樣的設備、儀表。從設備端取得的運轉狀態(tài)數據必須通過(guò)數據網(wǎng)關(guān)先做通訊協(xié)議轉換后才可整合至中央管理系統，進(jìn)而利用這些數據進(jìn)行監測與控制。因此，作為數據網(wǎng)關(guān)的計算機的性能與穩定性決定著(zhù)整個(gè)系統的順暢度與可靠度。研華ECU-4553電力能源通訊管理機足以肩負此承上啟下的關(guān)鍵任務(wù)，這款符合IEC 61850-3標準、專(zhuān)為電力自動(dòng)化應用而設計的網(wǎng)關(guān)不僅有卓越的性能讓系統軟件得以充分發(fā)揮其功能，也提供豐富的端口用以一次連接多種底層裝置，其卓越的抗干擾能力還有助于確保在嚴苛使用環(huán)境中系統穩定運作。

2 系統需求

以滿(mǎn)足一億人次年旅客吞吐量為目標的北京新機場(chǎng)即將于2019年下半年竣工營(yíng)運。該機場(chǎng)既被定位為大型國際航空樞紐，更致力于成為中國綠色機場(chǎng)的典范。因此設計之初就把節能環(huán)保理念納入規劃，整個(gè)機場(chǎng)分為3個(gè)大區：航站區、配套區、飛行區。以26個(gè)變電室、60臺變壓器、9個(gè)備用電源發(fā)電機房及258個(gè)配電室建置一套無(wú)人值守、集中管理的能源與設備綜合運維平臺，藉此全面監控航廈內的空調、照明、供水、供暖、電梯等能耗設施及相關(guān)儀表。

而為了能將機場(chǎng)內的能耗做通盤(pán)審計以分析出可節省能源的潛在環(huán)節，再通過(guò)聯(lián)動(dòng)機制降低能耗，系統整合廠(chǎng)商需要在每間電氣室內配置計算機作為數據網(wǎng)關(guān)收集大量數據，并且將不同通訊協(xié)議數據轉換為符合IEC 61850-9的格式后，才可上傳至能源與設備綜合運維平臺。而該系統整合廠(chǎng)商想要采購的計算機必須滿(mǎn)足以下條件：

·高性能、高穩定性的工業(yè)級計算機以提供足夠的運算能力處理大量資料；

·符合IEC 61850-3標準的訊號隔離與抗干擾硬件設計；

·采用RT-Linux實(shí)時(shí)操作系統以達到實(shí)時(shí)控制；

·較寬的工作溫度范圍與較佳的抗干擾能力以便在嚴苛環(huán)境中穩定運作；

·具備多個(gè)RS-485/232串口與網(wǎng)口以連接眾多底層設備與傳送數據。

3 系統概述

在配置有258間電氣室的北京新機場(chǎng)，每一間都裝設一臺研華ECU-4553作為數據網(wǎng)關(guān)，用于采集數據信息并進(jìn)行邊緣計算，作為輔助監測系統的關(guān)鍵通訊管理設備，即可滿(mǎn)足此項目串連大量、多樣底層設備與上層管理系統的需求。通過(guò)這臺電力能源通訊管理機提供的串口連接微機保護裝置、高壓/低壓電力儀表、現場(chǎng)I/O裝置、現場(chǎng)控制單元等裝置，并在其高速運算處理下完成采集數據的通訊協(xié)議轉換，大量數據就能通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò )端口連接的交換機傳送至位于監控中心的管理系統，并簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)架構設計，多串口的優(yōu)勢可減少小型網(wǎng)關(guān)的搭建，降低布線(xiàn)成本和設備成本節省調試配置時(shí)間，全面降低系統集成商采購、調試、維護成本和項目實(shí)施周期，同時(shí)1U上架設計，寬溫等性能均滿(mǎn)足配電室要求。

同時(shí)，系統也可經(jīng)由ECU-4553對底層設備下達控制指令，譬如根據航班信息來(lái)事前了解某些區域旅客流量的多寡，于人流較少時(shí)關(guān)閉該區的空調；又或者是當接收到變壓器的異常訊號而出現臨時(shí)停電狀況時(shí)，亦能由監控中心遠程啟動(dòng)備用電源發(fā)電機。

內建TI Cortex A8處理器的ECU-4553是一款符合IEC61850電力規范的高性能工業(yè)等級通訊管理專(zhuān)用機，搭配具有實(shí)時(shí)特色的RT-Linux操作系統，可讓智能化能耗監控系統的整體執行效率更精準。支持寬溫（-40~70°C）則可排除因極度低溫或高溫導致計算機無(wú)法啟動(dòng)或死機的問(wèn)題。而在電磁兼容性（EMC）方面，ECU-4553符合IEC 61850-3硬件標準規范，既具備足夠抵抗外界電磁干擾的能力，同時(shí)也不會(huì )對其它設備或裝置的運作造成影響，因此就算被安裝在有眾多電氣與電子設備的環(huán)境內，它依然能夠穩定運行。

至于承上啟下的部分，ECU-4553提供4個(gè)網(wǎng)口、16個(gè)串口，可輕松連接使用不同協(xié)議（例如IEC-60870-5-104、IEC-60870-5-101、Modbus/RTU、Modbus/TCP）的各種設備，既滿(mǎn)足項目目前的聯(lián)網(wǎng)需求，又為系統預留了日后擴充的空間。

ECU-4553具有以下特色：

·采用CortexA8處理器

·DDR3L 1GB RAM

·1 GBMicro-SD系統內存卡

·1個(gè)Micro-SD存儲插槽

·16個(gè)RS-232/485隔離串口

·4個(gè)10/100以太網(wǎng)端口

·支持-40℃-70℃寬工作溫度

·支持SD卡

4 系統架構圖

圖2 系統架構圖

5 結論

想要擺脫高能耗的束縛，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新機場(chǎng)必須導入節能環(huán)保與智能管理。而數據網(wǎng)關(guān)身為智能化能耗監控系統的核心設備，能否不負所托、完成使命，要看其長(cháng)效性能與穩定耐用等方面能否經(jīng)受得起考驗。研華ECU-4553通訊管理機不僅是專(zhuān)為電力能源應用而設計的高性能計算機，其還通過(guò)了長(cháng)達兩年的電磁兼容性、硬件可靠性、軟硬兼容性等嚴格測試，因而受到系統整合商與業(yè)主北京新機場(chǎng)的一致好評。而該專(zhuān)精于智能化能源管理系統開(kāi)發(fā)的系統整合商亦表示，未來(lái)除了在中國新機場(chǎng)建置、既有機場(chǎng)升級等項目中持續選用ECU-4553之外，亦打算在其他大型公共建筑、商用辦公大樓、智慧城市等高能耗場(chǎng)域中采用ECU-4553為客戶(hù)搭建節省營(yíng)運成本與優(yōu)化管理效率的智能化能耗監控系統。

圖3 北京新機場(chǎng)能耗圖

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年9月刊